Способ управления процессом азеотропной осушки углеводородной шихты в производстве синтетического каучука Советский патент 1988 года по МПК C08F136/04 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов получения синтетических каучуков и может быть использовано в химихГеской и нефтехимической промышленности.

Цель изобретения - пойыиение точности стабилизации концентрации влаги в углеводородной шихте, выводимой из куба колонны, и снижение затрат на получение тонны каучука.

На фиг.1 представлена система, реализующая способ; на фиг.2 - зависимость заданного значения соотно- П1ения расходов конденсата и уг- леводородной шихты на ректификационную колонну от расхода углеводородно шихты и примером использования способа в производстве каучука СКИ-3.

Система содержит ректификационную колонну 1, кипятильник 2 ректификационной колонны 1, конденсатор 3, отстойник 4, сборник 5 конденсата, уп- равляю1дая вычислительная машина (УВМ) 6, датчик 7 расхода углеводородной шихты, датчик 8 расхода пара, датчик 9 расхода флегмы, датчик 10 расхода дистиллята, датчик 11 уровня в сборнике 5 конденсата, датчик 12 /ровня углеводородной шихты в кубе ректификационной колонны 1, датчик 13 температуры углеводородной шихты 3 кубе ректификационной колонны 1, датчик 14 давления в верхней части ректификационной колонны 1, регулятор 15 расхода пара, регулятор 16 расхода флегмы, регулятор 17 уровня сборнике 5 конденсата, регулятор l8 уровня углеводородной шихты в ку Ье ректификационной колонны 1, пре- (Ьбразователш 19-27

Способ управления процессом азео- Гропной осушки углеводородной шихты йроизводстве синтет тческого каучука осуществляют следующим образом.

Углеводородную шихты подают в рек фификационную колонну 1, где происходит ее азеотропная осушка. В кипятильник 2 этой колонны подают пар. Паровая фаза из ректификационной ко- Лонны 1 поступает в конденсатор 3, (Образовавшийся конденсат из которого подается в отстойник 4 конденсата. Нижней части отстойника 4 конденсата йтбирают воду.

Конденсат из верхней части отстой Ника 4 конденсата подают в сборник 5 конденсата. Из этого сборника часть конденсата подают в качестве флегмы

иг

0

0

5

5

0

5

0

в ректификационную колонну 1, а остальную его часть (дистиллят) направляют на-дальнейшую переработку для отгона легколетучих углеводородов. Осушенную углеводородную шихту откачивают из куба ректификационной ко понны 1, подвергают дальнейшей очистке, захолахиванию и подают на полимеризацию.

На входы УВМ 6 подают сигналы от датчика 7 расхода углеводородной шихты, датчика 8 расхода пара, датчика 9 расхода флегмы, датчика 10 расхода дистиллята, датчика 11 уровня в сборнике 5 конденсата, датчика 12 уровня углеводородной шихты в кубе ректификационной колонны 1, датчика 13 температуры углеводородной шихты в кубе ректификационной колонны 1 j датчика 14 давления в верхней части ректификационной колонны 1.

Для регулирования расхода пара в кипятильник 2, расхода флегмы, уровня в сборнике 5 конденсата и уровня в кубе ректификационной колонны 1 используют регулятор 15 расхода .пара, регулятор 16 расхода флегмы, регулятор 17 уровня в сборнике конденсата, регулятор 18 уровня углеводородной шихты в кубе ректификационной колонны 1.

Для ввода информации в УВМ 6 используют преобразователи 19-26, а для выдачи с УВМ 6 управляющего воздействия регулятору 15 расхода пара- преобразователь 27.

По информации от датчика 9 расхода флегмы и датчика 11 уровня в сборнике конденсата определяют расход конденсата:

lMiul Mliz. ut

(1)

где РФ - значение расхода флегмы, кг-ч;

П, - значение уровня в сборнике 5 конденсата, %;

а - постоянный коэффициент, зависящий от размеров сборника 5 конденсата и плотности конденсата, кг/%;

ut - дискретность опроса датчика 11 уровня, ч; i - номер временного шага, с которым происходит опрос датчиков и расчет управляющего воздействия.

Определяют соотношение расхода конденсата и расхода шихты в ректификационную колонну 1

С5кы)

S

k jji

F.; /РШ;

(2)

где - постоянная времени усредняющего фильтра, ч. Усредненное заданное соотношение кшii 5 ограниченное с помощью нели- неГпшго звена типа

насыщение.

Изобретение относится к спосрбу управления процессом азеотропной. сушки углеводородной шихты в производстве синтетического каучука. Способ позволяет повысить точность стабилизации влаги в углеводородной шихте и снизить расход тепла с паром для получения тонны каучука (с 5,18 Гкал до 905,09 Гкал). Это достигается тем, что измеряют температуру углеводородной шихты в кубе ректификационной колонны и давление паровой фазы в верхней части ректификационной колонны, изменяют заданное соотношение расхода-конденсата и расхода углеводородной шихты в ректификационную колонну в зависимости от расхода углеводородной шихты в ректификационную колонну, определяют значения верхнего и нижнего ограничений на температуру углеводородной шихты в куберектификационной колонны и температуры углеводородной шихты в кубе этой колонны, при этом дополнительно корректируют соотношение расходов пара в кипятильник ректификационной колонны и углеводородной пгахты в эту колонну В зависимости от температур углеводородной шихты в кубе ректификационной колонны, если последняя выше верхнего или ниже нижнего ограничения, а также в зависимости от уровня углеводородной шихты в кубе ректификационной колонны, если уровень зьте заданного значения, а соотношение расхода конденсата и расхода углеводородной шихты на ректификационную колонну ниже заданного значения или наоборот - уровень ниже заданного значения, а последнее соотношение вьш1е заданного значения. (Л 4 Is9 сл ел Oiib

где

Fyj - расход шихты в ректификационную колонну 1,- кг-ч. Определяют соотношение расходов пара в кипятильник 2 и углеводородной шихты в ректификационную колон- ну 1 (К„):

(3)

где Р„ - расход пара в кипятильнике, кг/ч.

В зависимости от расхода шихты на ректификационную колонну 1 вычисля- I ют заданное значение соотношения расхода конденсата и расхода шихты в ректификационную колонну 1 (Зцц,):

кшъ

моке ммн 5кы ,-, . , ч //S

V t.l. f 1.1 } ,

.(

ХШr-WOKC рАЛИМ

мин

де , ,S

ы

,vqKC кш

Ш(

ы

макс ш

минимальное и максимальное значения соотношения расхода конденсата и расхода углеводородной шихты на ректифика-. ционную колонну 1, мае. л,

расход углеводородной шихты, при кото

принимает минимальное и максимальное значение, кг/ч.

По результатам проверки способа рекомендованы следуюш;ие значения указанных величин:

миммакс

0,15 мае .дол., Si мае.дол.

глн Акакс

F 40000.кг/ч, Гц 130000 кг/ч.

Для каждого конкретного случая эти значения могут быть уточнены.

Для обеспечения плавно го изменения расхода пара найденное заданное соотношение S, усредняют:

°e7; K t

, о - f--) . S.,,;,

(5)

-Klili

ИНН

; .s.is

мин

макс , . tS,.. (Ь)

кш

1,Ы)(

мич

Q с: i ; ku)

ICU)

кш i

; S

макс kui

(7) (8)

Таким образом, заданное значение соотношения S, изменяют в зависи- мости ,от расхода углеводородной шихты в ректификационную колонну 1 по закону, представленному на фиг.2. Причем, при снижении расхода углеводородной шихты в ректификационную колонну 1 заданное соотношение Зкшз увеличивают, так как при снижении нагрузки режим работы колонны 1 становится менее оптимальным. Кроме того, при снижении расхода углеводородной шихты в ректификационную колонну 1 уменьшаются также расходы флегмы и дистиллята. Это приводит к увеличению погрешности при определении текущего соотношения расхода конденсата и расхода углеводородной шихты в ректификационную колонну 1 кы исключить в этой ситуации возможность превьштения максимально допустимого значения концентрации влаги в осушенной углеводородной шихте необходимо увеличить заданное значение соотношения , что и предусматривает данный способ.

Определяют температуру кипения углеводородной шихты (,)

KVini 9 ( i

(9)

где P - давление паровой фазы в верхней части ректификационной колонны 1,кг/см , а, а, - постоянные коэффициенты, . полученные на основании анализа экспериментальных данных.

Определение температуры кипения углеводородной шихты по формуле (9) осуществляется с определенной ошиб- крй, что обусловлено линеаризацией реальной зависимости f (Р) , погрешностью измерения и изменением в определенных пределах концентрации компонентов в исходной углево51423554

fl-бродной шихте. Поэтому заданное йачение температуры углеводоропной Шиты в кубе ректификационной колон- Ш f определяют в зависимости от Йсчетного значения температуры ки- углеводородной шихты (по фор- 9) и текущего значения темпера- углеводородной шихты:

ратуры углеводородной шихты в кубе ректификационной колонны 1 , €,

Т,и5.з; ,,Торг,,5.г; ..e, (13)

Ч .е. .e

Torp.H - 2uT,,T,,+M,T,,p.

(14) (15)

ТкуЕ.; ,; ,s,3i -&Tj Vp,B (16) Torp.H , T.C(S,3; -AT Т„,р.н(17)

i-orp-a

- Z&T,, T;,,

p.j; - л Torp.b

(18)

де uT,

Т

Огр.ц c

р.и

коэффициент, использу- емый для установки и изменения допустимой зоны изменения температуры углеводородной шихты в кубе ректифи-. кационной колонны .макс куб . MVH -

верхнее и нижнее ограничения на рассчитьгеа- емые максимально и минимально допустимые значения температуры углеводородной шихты в кубе ректификационной

колонны 1, Значения величин Т

С.

OГp. В . К

hT устанавливают при отладке системы и, в случае необходимости, могу быть скорректированы оператором-технологом с дисплейного модуля.

Определяют рассогласование между текущим и заданным значениями соотношения расхода конденсата и расхода .углеводородной шихты на ректификационную колонну 1 (f):

В

-рассогласование между текущим значением температуры углеводородной шихты

в кубе ректификационной колонны 1 и расчетным значением температуры кипения углеводородной шихты, °С,

-сглаженное значение ука-ч

Т„

xyS

занного рассогласования, С, заданное значение температуры углеводородной шихты в кубе ректификационной колонны 1,€.

Далее определяется максимально и минимально допустимые значения температуры углеводородной шихты в кубе ректификационной колонны 1:

(14) (15)

,

p.j; - л Torp.b

(18)

КЦ)1

- S

кшЗ

(19)

где ,,,- заданное значение соотношения расхода конденсата и расхода углеводородной шихты на ректификационную колонну 1, мае.дол. Определяют рассогласование между допустимым и текущим значениями температуры углеводородной шихты в кубе ректификационной коло нны 1 ( ) :

.WHH Т , Т; .MHH (20)

Cj; Тки5.макс - Т , Т; ТццЕ. 1ИОК.С (21)

О, .MHH

ТкуБ.

(22)

Определяют рассогласование между текущим и заданным значениями уровня углеводородной шихты в кубе ректификационной колонны 1 (,):

55

3}

(23)

где Ну| H-j - текущее и заданное значение уровня углеводородной шшсты в кубе

7U2355A

ректификационной колонны 1, %.

Определяют заданное соотношение расходов пара в кипятильник 2 и уг- , леводородной шихты в ректификацион-. ную колонну t ( )

К

лиг;

. ((е,; «) Кпыа. + 2.Киче,;л

A()v(e,;

0)A(;iO)

tK«,e,,.ut,(26)

(e,(,)v(e,)A()(27)

К

nuio

начальное значение соотношения расходов пара в кипятильник 2 ректификационной колонны и углеводородной шихты в ректификационную колонну 1,мас.д.

П1 V

Kuit u bt

Klt

К.

nшг

ПШ 3

ПШ

30

-настроечные параметрыJ 25

-дискретность расче та, ч;

-заданное значение соотношения расходов пара в кипятильник 2 ректификационной колонны 1 и углеводородной шихты в ректификационную колонну 2,; вычисленное в зависимости от начального-значения соотношения лшо текущего значения соотношения , мае.д.,

-заданное значение соотношения расходов пара в кипятильник 2 ректификационной колонны 1 и углеводород- дс ной шихты в ректификационную колонну 1, скорректированное в зависимости от температуры углеводородной шихты в кубе ректификационной колонны,

мае.д.

-заданное значение со-отношения расходов па ра в кипятильник 2 ректификационной колонны 1 и углеводо- родной шихты в ректи35

40

50

55

пшз; пшо , ,

,

424)

ut + к

}1

§iylZ§i.yi J

it

V

,;

+ 11 к

i,

(25)

20

0

5

с

5

0

0

5

фикационную колонну скорректированное в зависимости от уровня углеводородной шихты в кубе ректификационной колонны 1, мае.д. Коррекция соотношения расходов пара в кипятильник 2 ректификационной колонны 1 ц углеводородной шихты в эту колонну в зависимости- от температуры углеводородной шихты в кубе ректификационной колонны 1 дает возможность повысить точность и надежность системы за счет использования дополнительной информации (температуры углеводородной шихты в кубе ректификационной колонны 1),

Коррекция указанного соотношения в за висимости от уровня углеводородной шихты в кубе ректификационной колонны 1 дает возможность повысить точность стабилизации уровня в кубе ректификационной колонны 1 в тех случаях, когда это позволяет значение основного регулируемого параметра - соотношение расхода конденсата и расхода углеводородной шихты в ректификационную колонну 1. Условия, при которых такая коррекция возможна и осуществляется представлена с помощью выражений (26) и (27). Повышение точности стабилизации уровня углеводородной шихты в кубе ректификационной колонны 1 положительно сказывается на протекание процесса азе- отропной осушки углеводородной шихты и, таким образом, способствует достижению основной цели данного способа управления..

Максимально допустимое значение соотношения расходов пара в кипятильник 2 и углеводородной шихты в ректификационную колонну 1 (к

,)

определяется в зависимости от верхнего предела измерения расхода пара

а, 1ЛК S имакс И текущего значения расхода

углеводородной тихты в ректификацн- онную колонну 1 :

Шк

К

П Шс

F /F И такс bji

(2Й)

ч-

ризации и дает возможность умен расход катализатора для получен одной тонны каучука и приблизит максимально допустимому значени центрацию полимера в полимериза Последнее привело к уменьшению чества возвратной фракции и, сл тельно, к снижению расхода тепл

Заданное значение соотношения 10 Р - РЯЦИЮ возвратной фракции, ограничивается с помощью нелинейного звена типа упор

ыз,

,

к - . к Kf, fc К

к- г

1 nuj-5i-i

йК nызi vпыЗ 1

ьк,

«-

+лк„„,. к

КГГ (29)15

ПЫ Э1

ПШ

,мин

nUJ

(30)

макс--(t макс

Кпш , fi nui-,; Заданное значение расхода пара в кипятильник 2 ректификационной колонны 1 определяют следующим образом:

пз1

v . . Р

Ui

(32)

При управлении процессом азеотроп ной осушки углеводородной шихты по данному способу точность стабилизаци концентрации влаги в углеводородной шихте повысилась по сравнению с из- вестным способом. При том. максималная концентрация влаги в осушенной углеводородной шихте не превышает 0,0006 мае Л.

Расход тепла с паром для цолуче- ния одной тонны каучука снизился с 5,18 Гкал до 5,,09 Гкал, а расход катализатора на процесс полимеризации Д.ПЯ получения одной тонны каучука снизился с 8,)6 кг до 8,33 кг.

Снижение расхода тепла с паром произопшо. за счет уменьшения расхода пара на процесс азеотропной осушки углеводородной шихты и снижения расхода пара на регенерацию возвратной фракции. Уменьшение расхода пара на процесс азеотрспной осушки углеводородной шихты достигнутоJ в основном, за счет снижения заданного значения соотношения расхода конде} сата и расхода шихты на ректификационную колонну 1 при увеличении расхода углеводородной шихты. Снижение расхода- пара на регенерацию возвратной фракции достигнуто за счет повышения точности стабилизации концентрации вл.аги в шихте, что обеспечивает стабильное протекание процесса полиме

ризации и дает возможность уменьшить расход катализатора для получения одной тонны каучука и приблизить к максимально допустимому значению концентрацию полимера в полимеризаторе. Последнее привело к уменьшению количества возвратной фракции и, следовательно, к снижению расхода тепла на

5

0

5

30 3540

50 55

45

Формула изобретения

Способ управления процессом азеотропной осушки углеводородной шихты в производстве синтетического каучука путем стабилизации уровня в сборнике конденсата, изменением расхода флегмы в ректификационную колонну, стабилизации уровня углеводородной шихты в кубе ректификационной колонны изменением расхода углеводородной шихты из куба ректификационной колонны, определения расхода конденсата в зависимости от расхода флегмы в ректификационную колонну и скорости изменения уровня в сборнике конденсата, стабилизации соотношения расходов пара в кипятильник ректификационной колонны и углеводородной шихты в эту колонну изменением расхода пара в кипятильник ректификационной колонны и коррекции этого соотнош ения в зависимости от соотношения расхода конденсата и расхода углеводородной шихты в ректификационную колонну, отличающи.йся тем, что, с целью повьшения точности стабилизации концентрации влаги в углеводородной шихте, вьгеодимой из куба колонны, и снижения затрат на получение тонны каучука, измеряют температуру углеводородной шихты в кубе ректификационной колонны и давление па- ровой фазы в верхней части ректификационной колонны, изменяют заданное соотношение расхода конденсата и расхода углеводородной шихты в ректификационную колонну в зависимости от расхода углеводородной шихты в ректификационную колонну, определяют значения верхнего и нижнего ограничений на температуру углеводородной шихты в кубе ректификационной колонны в зависимости от давления паровой фазы в верхней части ректификационной колонны и температуры углеводородной шихты в кубе этой колонны, при этом дополнительно корректируют соотноше H2355i

ние расходов пара в кипятильник ректификационной колонны и углеводородной шихты в эту колонну в зависимости от температуры углеводородной шихты в кубе ректификационной колонны, если последняя выше верхнего или ниже нижнего ограничения, а также в зависимости от уровня углеводбродной шихты в кубе

Углеводородной

tffi/xrrra

I 2

ректификационной колонны, если уровень выше заданного значения, а соотношение расхода конденсата i расхода углеводородной шихты на ректификационную колонну ниже заданного значения или наоборот - уровень ниже заданного значения, а последнее соотношение вьшге заданного значения,

Вода

Фиг. 1

мин

ЯШ